DE102019217228A1 - Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils - Google Patents

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Abstract

Das optoelektronische Bauteil (100) umfasst einen Träger (8) und mehrere einzeln und unabhängig ansteuerbare optoelektronische Halbleiterchips (1). Jeder Halbleiterchip umfasst eine Halbleiterschichtenfolge (2), mit einer n-dotierten Schicht (20), einer p-dotierten Schicht (21), einer aktiven Zone (22) zur Erzeugung von Strahlung einer Seitenfläche (25), die sich quer zur aktiven Zone erstreckt und die Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung begrenzt. Die Halbleiterchips weisen jeweils eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht (4) an der jeweiligen Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge auf. Zumindest einige der Halbleiterchips sind einer ersten Gruppe (11) zugeordnet. Den Halbleiterchips der ersten Gruppe ist eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung (5) zugeordnet, die bei jedem Halbleiterchip der ersten Gruppe an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Passivierungsschicht auf Höhe der aktiven Zone angeordnet ist. Die Randfelderzeugungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, mindestens zeitweise in Randbereichen (52) der aktiven Zonen ein elektrisches Feld zu erzeugen, sodass im Betrieb der Halbleiterchips der ersten Gruppe ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen in den Randbereichen steuerbar ist.

Description

  • Es werden ein optoelektronisches Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das insbesondere bei kleinen Stromdichten eine hohe und stabile Effizienz aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauteils anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch das Bauteil und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Zunächst wird das optoelektronische Bauteil angegeben. Bei dem optoelektronischen Bauteil handelt es sich zum Beispiel um eine LED-Anordnung, insbesondere eine 2D LED-Anordnung (LED-Array) oder um ein Modul einer Videoleinwand. Das Bauteil kann beispielsweise in einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug oder in der Hintergrundbeleuchtung in einem Mobiltelefon oder bei einer Raumbeleuchtung oder in einem Bildschirm verwendet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen Träger. Der Träger ist bevorzugt selbsttragend und bildet die das Bauteil stabilisierende Komponente. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um einen Halbleiterträger oder einen Keramikträger oder einen Glasträger oder einen Kunststoffträger, wie zum Beispiel ein PCB.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil mehrere einzeln und unabhängig ansteuerbare optoelektronische Halbleiterchips auf dem Träger. Die Halbleiterchips sind insbesondere LED-Chips, die zur Emission von Strahlung eingerichtet sind. Das Bauteil kann zumindest 10 oder zumindest 100 oder zumindest 10000 optoelektronische Halbleiterchips umfassen. Die Halbleiterchips sind nebeneinander auf einer Oberseite des Trägers angeordnet.
  • Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Insbesondere weisen Seitenflächen einer Halbleiterschichtenfolge eines Halbleiterchips dann zum Beispiel Spuren aus dem Vereinzelungsprozess auf. Ein Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Da die Halbleiterchips durch Vereinzelung entstehen, hängen die Halbleiterschichtenfolgen der Halbleiterchips nicht (mehr) zusammen.
  • Die Halbleiterchips sind einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar. Das heißt, jeder Halbleiterchip kann an- und ausgeschaltet werden, ohne dass alle anderen Halbleiterchips oder irgendein anderer Halbleiterchip auf dem Träger anbeziehungsweise ausgeschaltet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst jeder Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer n-dotierten Schicht, einer p-dotierten Schicht und einer aktiven Zone. Die aktive Zone ist zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz eingerichtet und ist zwischen der p-dotierten Schicht und der n-dotierten Schicht angeordnet. Ferner weist die Halbleiterschichtenfolge jedes Halbleiterchips zumindest eine Seitenfläche auf, die sich quer zur aktiven Zone, also quer zur Haupterstreckungsebene der aktiven Zone, erstreckt. Quer‟ bedeutet insbesondere, dass die Seitenfläche nicht parallel zur aktiven Zone verläuft. Beispielsweise schließen die Seitenfläche und die aktive Zone einen Winkel von zumindest 30° oder zumindest 45° oder zumindest 70° oder von ungefähr 90° oder mehr als 90° miteinander ein.
  • Die Seitenfläche begrenzt die Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung, wobei eine laterale Richtung eine Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Zone ist. Die aktive Zone grenzt bevorzugt an die Seitenfläche(n). Dasselbe gilt bevorzugt auch für die n- und p-dotierte Schicht.
  • Bevorzugt umfasst jeder Halbleiterchip eine Mehrzahl von Seitenflächen, durch die die zugehörige Halbleiterschichtenfolge in alle lateralen Richtungen begrenzt ist. Beispielsweise umfasst die Halbleiterschichtenfolge vier Seitenflächen. Weiter bevorzugt umfasst die Halbleiterschichtenfolge neben der zumindest einen Seitenfläche eine Hauptemissionsfläche, über die im Betrieb des Halbleiterchips zum Beispiel zumindest 50 % oder zumindest 75 % der erzeugten Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt werden. Die Hauptemissionsfläche verläuft quer oder senkrecht zu der oder den Seitenflächen und ist beispielsweise dem Träger abgewandt. Eine Kantenlänge der Hauptemissionsfläche beträgt beispielsweise höchstens 40 µm oder höchstens 20 µm. Das Verhältnis von Fläche zu Umfang der Hauptemissionsfläche ist bevorzugt höchstens 10 µm oder höchstens 5 µm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst jeder Halbleiterchip eine p-Elektrode und eine n-Elektrode zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Schicht und der n-dotierten Schicht. Die p-Elektrode und die n-Elektrode sind bevorzugt ohmsch leitend und basieren auf einem anderen Materialsystem als die Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise sind die p- und die n-Elektrode aus einem oder mehreren Metallen und/oder aus einem oder mehreren transparent leitfähigen Oxiden, kurz TCO. Die n-Elektrode ist in elektrischem und mechanischem Kontakt mit der n-dotierten Schicht, die p-Elektrode ist in elektrischem und mechanischem Kontakt zur p-dotierten Schicht.
  • Die Halbleiterschichtenfolgen der Halbleiterchips basieren bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamAs oder wie AlnGamIn1-n-mAskP1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 ≤ n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
  • Die aktiven Zonen der Halbleiterchips sind bevorzugt jeweils dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens 360 nm oder 420 nm und/oder von höchstens 860 nm oder 560 nm oder 480 nm zu erzeugen. Es wird bevorzugt inkohärente Strahlung erzeugt. Die aktiven Zonen beinhalten insbesondere jeweils wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi-Quantentopfstruktur, kurz MQW. Bevorzugt umfasst jeder Halbleiterchip genau eine zusammenhängende aktive Zone. Die aktiven Zonen weisen beispielsweise jeweils eine mittlere Dicke, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Zone, zwischen einschließlich 5 nm und 5000 nm auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Halbleiterchips jeweils eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht an/auf der jeweiligen Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge auf. Bei jedem Halbleiterchip überdeckt die Passivierungsschicht bevorzugt alle Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge jeweils zu zumindest 50 % oder zumindest 75 % oder zumindest 90 % oder vollständig. Die Passivierungsschichten der Halbleiterchips sind bevorzugt jeweils zusammenhängend und ohne Unterbrechungen ausgebildet. Die Passivierungsschichten der Halbleiterchips oder einiger Halbleiterchips können zusammenhängen. Die Passivierungsschichten bestehen aus einem dielektrischen Material, beispielsweise einem Oxid, wie Siliziumoxid, oder einem Nitrid, wie Siliziumnitrid, oder einem Glas.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest einige der Halbleiterchips einer ersten Gruppe zugeordnet. Es können alle Halbleiterchips des Bauteils der ersten Gruppe zugeordnet sein. Die erste Gruppe ist also eine Gruppe von Halbleiterchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist den Halbleiterchips der ersten Gruppe eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung zugeordnet. Diese Randfelderzeugungsvorrichtung ist bei jedem Halbleiterchip der ersten Gruppe an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Passivierungsschicht angeordnet. Insbesondere ist jeder Halbleiterchip der ersten Gruppe von der Randfelderzeugungsvorrichtung umgeben. Zum Beispiel umgibt die Randfelderzeugungsvorrichtung die aktive Zone jedes Halbleiterchips der ersten Gruppe zu zumindest 90 % oder vollständig, in Draufsicht betrachtet.
  • Die Randfelderzeugungsvorrichtung ist bevorzugt jeweils auf Höhe der aktiven Zonen der Halbleiterchips angeordnet. Insbesondere ist die Randfelderzeugungsvorrichtung unmittelbar auf der Passivierungsschicht jedes Halbleiterchips der ersten Gruppe angeordnet. Die Randfelderzeugungsvorrichtung ist insbesondere zusammenhängend gebildet. Beispielswese handelt es sich bei der Randfelderzeugungsvorrichtung um eine zusammenhängende Schicht/Schichtenfolge oder einen zusammenhängenden Formkörper, die/der auf alle Seitenflächen der Halbleiterchips der ersten Gruppe aufgebracht ist.
  • Dass die Randfelderzeugungsvorrichtung auf Höhe der aktiven Zonen angeordnet ist bedeutet etwa, dass die Randfelderzeugungsvorrichtung die aktiven Zonen in Draufsicht auf die Seitenflächen betrachtet jeweils teilweise oder vollständig überdeckt. Bevorzugt überdeckt die Randfelderzeugungsvorrichtung die Seitenflächen der zugehörigen Halbleiterschichtenfolge jeweils größtenteils, beispielsweise zu zumindest 50 % oder zu zumindest 75 % oder zu zumindest 95 %.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Randfelderzeugungsvorrichtung dazu eingerichtet, mindestens zeitweise in Randbereichen der aktiven Zonen der Halbleiterchips der ersten Gruppe ein elektrisches Feld zu erzeugen, so dass im Betrieb der Halbleiterchips der ersten Gruppe ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen in den Randbereichen steuerbar ist. Der Randbereich kann bei jedem Halbleiterchip den Halbleiterchip teilweise oder vollständig umgeben. Das elektrische Feld wird insbesondere dadurch erzeugt, dass die Randfelderzeugungsvorrichtung permanent elektrisch geladen ist oder eine dauerhafte elektrische Ladungsverteilung aufweist oder dass sie zeitweise oder dauerhaft auf ein von Null verschiedenes elektrisches Potenzial gebracht ist/wird. Das elektrische Feld geht von der Randfelderzeugungsvorrichtung aus, durchdringt die Passivierungsschichten und reicht bis in die Halbleiterschichtenfolgen und die aktiven Zonen hinein.
  • Durch die Randfelderzeugungsvorrichtung ist ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen in den Randbereichen steuerbar oder beeinflussbar. Bevorzugt wird durch die Randfelderzeugungsvorrichtung ein Stromfluss in den Randbereichen verringert oder unterbunden, im Vergleich zu einem baugleichen Halbleiterchip ohne Randfelderzeugungsvorrichtung. Speziell bei kleinen Stromdichten liegt ohne Randfelderzeugungsvorrichtung direkt an der Passivierungsschicht ein überhöhter Stromfluss und eventuell eine erhöhte Ladungsträgerrekombination aufgrund von Diffusion vor, was auf die Bandstruktur der Halbleiterschichtenfolge zurückzuführen ist. Dieser überhöhte Stromfluss beziehungsweise diese überhöhte Ladungsträgerrekombination kann durch die Randfelderzeugungsvorrichtung bevorzugt soweit reduziert werden, dass eine Stromdichte/Ladungsträgerrekombination im Randbereich gleich oder in etwa gleich oder geringer einer Stromdichte/Ladungsträgerrekombination in einem Zentralbereich der aktiven Zone ist. Das heißt, mit der Randfelderzeugungsvorrichtung sind ein Stromfluss und somit eine Ladungsträgerrekombination in dem Randbereich in der aktiven Zone steuerbar oder regelbar oder einstellbar, insbesondere reduzierbar. Hierdurch sind Leckströme sowie ungewollte Rekombinationspfade an dem Randbereich insbesondere bei geringen Stromdichten manipulierbar. Außerdem ist es möglich, eine Fläche der aktiven Zone, in der eine Ladungsträgerrekombination und damit eine Lichterzeugung stattfindet, über das Ansteuern der Randfelderzeugungsvorrichtung einzustellen. Insbesondere werden durch die elektrischen Felder Ladungsträger, die für den Leckstrom verantwortlich sind, also Elektronen und Löcher, von den Seitenflächen ferngehalten.
  • In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil einen Träger und mehrere einzeln und unabhängig ansteuerbare optoelektronische Halbleiterchips auf dem Träger. Jeder Halbleiterchip umfasst eine Halbleiterschichtenfolge, mit einer n-dotierten Schicht, einer p-dotierten Schicht, einer aktiven Zone zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz zwischen der p-dotierten Schicht und der n-dotierten Schicht und einer Seitenfläche, die sich quer zur aktiven Zone erstreckt und die Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung begrenzt. Ferner umfasst jeder Halbleiterchip eine p-Elektrode und eine n-Elektrode zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Schicht und der n-dotierten Schicht. Die Halbleiterchips weisen jeweils eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht an der jeweiligen Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge auf. Zumindest einige der Halbleiterchips sind einer ersten Gruppe zugeordnet. Den Halbleiterchips der ersten Gruppe ist eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung zugeordnet, die bei jedem Halbleiterchip der ersten Gruppe an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Passivierungsschicht auf Höhe der aktiven Zone angeordnet ist. Die Randfelderzeugungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, mindestens zeitweise in Randbereichen der aktiven Zonen ein elektrisches Feld zu erzeugen, sodass im Betrieb der Halbleiterchips der ersten Gruppe ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen in den Randbereichen steuerbar ist.
  • LED-Chips, zum Beispiel InGaN-LED-Chips, können unerwünschte Phänomene aufzeigen, die mit der Mesakante (Seitenfläche) zusammenhängen. An der Mesakante kann sich eine parasitäre Diode mit geringerer Einsatzspannung als im Zentralbereich des LED-Chips ausbilden. Insbesondere in InGaAlP-Chips kann es zudem aufgrund von Diffusion zu einer erhöhten Rekombinationsrate an der Mesakante kommen. Aufgrund der parasitären Diode kann es zu einem nichtstrahlenden Leckstrom und/oder zu einer bevorzugten Injektion von Ladungsträgern (vor allem bei niedrigen Strömen) an der Mesakante kommen. Dieses Phänomen ist insbesondere bei kleinen LED-Chips ein Problem, da bei diesen das Umfang- zu Flächenverhältnis sehr hoch ist. Die Bestromung der parasitären Diode ist stark abhängig von den Fertigungsprozessen der LED-Chips, die auf die Mesakante einwirken. Es wird angenommen, dass vor allem Ladungen an der Mesakante oder Schichten auf der Mesakante (zum Beispiel Passivierungsschicht) einen erheblichen Einfluss auf die Bestromung der parasitären Diode haben. Es bilden sich elektrische Felder und Bandverbiegungen im Halbleiter im Bereich der Mesakante aus, die dazu führen, dass die parasitäre Diode geöffnet oder geschlossen ist. Die parasitäre Diode kann also durch Umladung der Ladungen geöffnet oder geschlossen werden.
  • In der Patentanmeldung WO 2018/192879 A1 ist gezeigt, dass durch eine zusätzlich auf die Mesakante eines LED-Chips aufgebrachte Randfelderzeugungsvorrichtung die parasitäre Diode manipulierbar ist, wodurch der Stromfluss und die Rekombinationsrate an der Mesakante regulierbar wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist unter anderem von der Idee Gebrauch gemacht, mehreren Halbleiterchips eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung zuzuordnen, so dass bei all diesen Halbleiterchips durch beispielsweise Ansteuerung der gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung eine gleichzeitige Unterdrückung des Stromflusses in den jeweiligen Randbereichen ermöglicht ist. Die Verwendung einer gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung für mehrere Halbleiterchips ist im Hinblick auf den Fertigungsaufwand eines solchen Bauteils vorteilhaft.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die aktive Zone bei jedem Halbleiterchip über die gesamte Halbleiterschichtenfolge hinweg. Dabei sind ein Aufbau und eine Materialzusammensetzung der aktiven Zone bevorzugt nicht gezielt verändert oder variiert. Insbesondere ist die aktive Zone unmittelbar an den Seitenflächen genauso gewachsen wie in einem inneren Bereich der Halbleiterschichtenfolge. Das heißt, allein vom Aufbau der aktiven Zone her ist dann kein Unterschied zwischen dem Randbereich und übrigen Bereichen der aktiven Zone zu erkennen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jeder Halbleiterchip dazu eingerichtet, mit kleinen Stromdichten und/oder im Kleinstrombereich betrieben zu werden. Bevorzugt liegt eine mittlere Stromdichte in der aktiven Zone bei höchstens 100 A/cm2 oder 50 A/cm2 oder 10 A/cm2 oder 1 A/cm2.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips beabstandet zueinander auf dem Träger angeordnet. Zwischen den Halbleiterchips sind also Zwischenräume ausgebildet. Einander zugewandte Seitenflächen von zwei benachbarten Halbleiterchips sind somit voneinander beabstandet. Der Abstand zwischen den Seitenflächen benachbarter Halbleiterchips beträgt beispielsweise zumindest 1 µm oder zumindest 5 µm und/oder höchstens 100 µm oder höchstens 50 µm. Die Halbleiterchips sind beispielsweise auf Gitterpunkten eines Rechteckgitters angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung der Halbleiterchips der ersten Gruppe eine zusammenhängende Elektrode oder besteht daraus. Die zusammenhängende Elektrode ist aus einem elektrisch leitenden Material gebildet. Beispielsweise ist der spezifische Widerstand der zusammenhängenden Elektrode für einen Stromfluss in Richtung parallel zur Seitenfläche höchstens 1 · 108 Ω · cm oder höchstens 1 · 104 Ω · cm oder höchstens 1 Ω · cm. Der spezifische Widerstand ist bei Raumtemperatur angegeben.
  • Die zusammenhängende Elektrode kann einstückig gebildet sein. Beispielsweise umfasst oder besteht die zusammenhängende Elektrode aus: Metall, transparent leitfähiges Oxid, Halbleitermaterial, wie etwa Silizium, leitfähiges Glas. Bevorzugt ist die zusammenhängende Elektrode von den n-Elektroden und den p-Elektroden der Halbleiterchips elektrisch isoliert, zum Beispiel durch dielektrische Schichten. Die zusammenhängende Elektrode ist also unabhängig von den n-Elektroden und den p- Elektroden ansteuerbar. Im bestimmungsgemäßen Betrieb liegt die zusammenhängende Elektrode zum Beispiel auf einem anderen Potenzial als die n- und p-Elektroden der angesteuerten Halbleiterchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt die zusammenhängende Elektrode bei jedem Halbleiterchip aus der ersten Gruppe die Passivierungsschicht zumindest auf Höhe der aktiven Zone. Dort ist die Elektrode bevorzugt in unmittelbarem Kontakt zur jeweiligen Passivierungsschicht. Die zusammenhängende Elektrode kann in Draufsicht auf jede der Seitenflächen jedes Halbleiterchips der ersten Gruppe die entsprechende Seitenfläche zu zumindest 50 % oder zumindest 75 % oder vollständig überdecken. Die zusammenhängende Elektrode umgibt bevorzugt jeden Halbleiterchip aus der ersten Gruppe rahmenartig, in Draufsicht betrachtet.
  • Halbleiterchips der ersten Gruppe können nebeneinander angeordnet sein. In diesem Fall erstreckt sich die zusammenhängende Elektrode bevorzugt innerhalb der Zwischenräume zwischen den Halbleiterchips der ersten Gruppe.
  • In Draufsicht auf den Träger betrachtet hat die zusammenhängende Elektrode beispielsweise die Form eines Gitternetzes, wobei in jeder Masche des Netzes einer der Halbleiterchips aus der ersten Gruppe angeordnet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Zwischenräume zwischen Halbleiterchips der ersten Gruppe zumindest teilweise mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt. Die zusammenhängende Elektrode umfasst das elektrisch leitende Material oder besteht daraus.
  • Die Zwischenräume zwischen Halbleiterchips der ersten Gruppe können größtenteils, beispielsweise zu zumindest 50 % oder zumindest 75 % oder zumindest 90 % mit dem elektrisch leitenden Material aufgefüllt sein. Das elektrisch leitende Material schmiegt sich dabei bevorzugt formschlüssig an die Halbleiterchips der ersten Gruppe an. Das elektrisch leitende Material schließt beispielsweise in Richtung weg vom Träger bündig mit den Halbleiterschichtenfolgen der Halbleiterchips ab.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung eine oder mehrere Elektrostatikschichten an den aktiven Zonen. Die Elektrostatikschichten sind bevorzugt jeweils zusammenhängend. Über die mindestens eine Elektrostatikschicht ist bevorzugt dauerhaft eine Ladung wie eine Oberflächenladung an den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolgen der Halbleiterchips der ersten Gruppe erzeugbar. Die Ladung oder Oberflächenladung kann direkt in den Halbleiterschichtenfolgen erzeugt werden oder auch in der Passivierungsschicht oder kann auf die Elektrostatikschicht begrenzt sein. Die Ladung kann volumig vorhanden sein, auch als Bulk bezeichnet. Des Weiteren kann die Ladung an einer Grenzfläche zwischen der Elektrostatikschicht und der Passivierungsschicht und/oder an einer Grenzfläche zwischen der Passivierungsschicht und der Halbleiterschichtenfolge erzeugt sein. Die Elektrostatikschicht kann nach außen hin elektrisch isoliert sein. Die Elektrostatikschicht kann einen Schichtenstapel aufweisen. Insgesamt ist die Elektrostatikschicht bevorzugt elektrisch neutral.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Randbereiche der Halbleiterchips, in denen der Stromfluss aufgrund der Randfelderzeugungsvorrichtung eingestellt oder geregelt oder unterbunden ist, in Draufsicht gesehen jeweils eine mittlere Breite von mindestens 0,1 µm oder 0,5 µm oder 1 µm oder 1,5 µm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Breite jeweils bei höchstens 10 µm oder 5 µm oder 3 µm. Dass der Stromfluss unterbunden ist, bedeutet beispielsweise, dass der Stromfluss in den Randbereichen höchstens 10 % oder 1 % einer bestimmungsgemäßen Stromstärke zur Lichterzeugung beträgt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt aufgrund der Randfelderzeugungsvorrichtung eine Stromdichte in den Randbereichen bei jedem Halbleiterchip bei dem gleichen Wert wie in den Zentralbereichen der aktiven Zonen. Dies gilt insbesondere mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 3 oder 2 oder 1,5.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt im bestimmungsgemäßen Betrieb jedes Halbleiterchips mit zugeordneter Randfelderzeugungsvorrichtung dauerhaft oder zeitweise in Draufsicht gesehen ein Quotient aus einer Gesamtfläche der aktiven Zone und aus einer Fläche des Randbereichs bei mindestens 1 oder 2 oder 5. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 50 oder 20 oder 10. Mit anderen Worten nimmt der Randbereich im bestimmungsgemäßen Betrieb einen vergleichsweise großen Anteil der aktiven Zone ein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips der ersten Gruppe jeweils zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet. Beispielsweise emittieren die Halbleiterchips der ersten Gruppe im bestimmungsgemäßen Betrieb blaues Licht. Bei den Halbleiterchips der ersten Gruppe handelt es sich zum Beispiel um Halbleiterchips die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere AlInGaN, basieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind einige der Halbleiterchips des Bauteils einer zweiten Gruppe zugeordnet. Die Halbleiterchips sind den jeweiligen Gruppen bevorzugt eindeutig zugeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips der zweiten Gruppe jeweils zur Emission von Strahlung eines vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs eingerichtet. Beispielsweise emittieren die Halbleiterchips der ersten Gruppe Strahlung mit einem globalen Intensitätsmaximum bei einer ersten Wellenlänge und die Halbleiterchips der zweiten Gruppe Strahlung mit einem globalen Intensitätsmaximum bei einer zweiten Wellenlänge. Die erste und die zweite Wellenlänge unterscheiden sich zum Beispiel um zumindest 50 nm oder zumindest 100 nm. Insbesondere emittieren die Halbleiterchips der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe unterschiedlich farbiges Licht. Zum Beispiel basieren die Halbleiterchips der zweiten Gruppe auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial und/oder einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial. Die Halbleiterchips der zweiten Gruppe emittieren beispielsweise jeweils rotes und/oder grünes Licht.
  • Ferner kann es auch eine dritte Gruppe geben, der einige Halbleiterchips zugeordnet sind, wobei die Halbleiterchips der dritten Gruppe Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs emittieren, der sich von dem ersten und von dem zweiten Wellenlängenbereich unterscheidet. Zum Beispiel basieren die Halbleiterchips der dritten Gruppe auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial.
  • Bevorzugt emittieren die Halbleiterchips der ersten Gruppe blaues Licht, die der zweiten Gruppe grünes Licht und die der dritten Gruppe rotes Licht. Zum Beispiel umfasst das Bauteil eine Mehrzahl von Pixeln, wobei jedem Pixel zumindest ein Halbleiterchip aus der ersten Gruppe, zumindest ein Halbleiterchip aus der zweiten Gruppe und zumindest ein Halbleiterchip aus der dritten Gruppe eindeutig zugeordnet sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips aus der ersten Gruppe alternierend mit den Halbleiterchips aus der zweiten Gruppe auf dem Träger angeordnet. Das heißt, zwischen zwei Halbleiterchips der ersten Gruppe ist mindestens ein Halbleiterchip der zweiten Gruppe angeordnet und zwischen zwei Halbleiterchips der zweiten Gruppe ist mindestens ein Halbleiterchip der ersten Gruppe angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Halbleiterchips aus der zweiten Gruppe keine Randfelderzeugungsvorrichtung auf. Insbesondere liegen die Passivierungsschichten der Halbleiterchips der zweiten Gruppe dann nach außen hin frei und/oder sind an den der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seiten der Passivierungsschicht nicht von einem elektrisch leitfähigen Material bedeckt. Insbesondere ist den Halbleiterchips der zweiten Gruppe nicht dieselbe Randfelderzeugungsvorrichtung zugeordnet wie den Halbleiterchips der ersten Gruppe.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist den Halbleiterchips der zweiten Gruppe eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung zugeordnet. Die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung ist bei jedem Halbleiterchip der zweiten Gruppe an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Passivierungsschicht auf Höhe der aktiven Zone angeordnet. Die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung der Halbleiterchips der zweiten Gruppe kann ähnlich zu der gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung der Halbleiterchips der ersten Gruppe aufgebaut sein. Insbesondere sind alle Merkmale, die im Zusammenhang mit der gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung der Halbleiterchips der ersten Gruppe offenbart sind, auch für die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung der Halbleiterchips der zweiten Gruppe offenbart.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung der Halbleiterchips der ersten Gruppe elektrisch isoliert von der gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung der Halbleiterchips der zweiten Gruppe. Die Randfelderzeugungsvorrichtungen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe hängen also nicht zusammen und sind voneinander verschieden. Im Falle, dass die Randfelderzeugungsvorrichtungen jeweils eine zusammenhängende Elektrode umfassen oder daraus bestehen, sind die beiden zusammenhängenden Elektroden elektrisch voneinander isoliert und unabhängig voneinander kontaktierbar. Im Falle, dass die Halbleiterchips der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe sich in ihrem Aufbau, beispielsweise in dem Material der Halbleiterschichtenfolge, unterscheiden, kann vorteilhafterweise für jede Gruppe der Stromfluss in den Randzonen separat angepasst werden und somit Unterschiede in den Halbleitermaterialien berücksichtigt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Passivierungsschichten der Halbleiterchips der ersten Gruppe andere Dicken auf als die Passivierungsschichten der Halbleiterchips der zweiten Gruppe. Beispielsweise weichen die Dicken der Passivierungsschichten der Halbleiterchips der ersten Gruppe um mindestens 10 % oder mindestens 25 % oder mindestens 50 % von den entsprechenden Dicken der Halbleiterchips der zweiten Gruppe ab. Mit Dicken sind insbesondere die mittleren Dicken im Bereich der Seitenflächen gemeint. Alternativ oder zusätzlich können die Passivierungsschichten der Halbleiterchips der ersten Gruppe eine andere Permittivität als die Passivierungsschichten der Halbleiterchips der zweiten Gruppe aufweisen. Zum Beispiel unterscheidet sich die Permittivität der Passivierungsschichten der ersten Gruppe um mindestens 10 % oder mindestens 25 % oder mindestens 50 % von der Permittivität der Passivierungsschichten der zweiten Gruppe.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Passivierungsschichten der Halbleiterchips jeweils eine mittlere Dicke von mindestens 5 nm oder 10 nm oder 20 nm oder 50 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegen die mittleren Dicken der Passivierungsschichten jeweils bei höchstens 1 µm oder 500 nm oder 250 nm. Insbesondere ist durch die Passivierungsschicht ein Abstand zwischen der Randfelderzeugungsvorrichtung und den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge definiert. Somit befindet sich die Randfelderzeugungsvorrichtung bevorzugt sehr nahe an den Seitenflächen an der aktiven Zone.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist den Halbleiterchips der ersten Gruppe und den Halbleiterchips der zweiten Gruppe dieselbe gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung zugeordnet. Im Fall dass diese Randfelderzeugungsvorrichtung eine zusammenhängende Elektrode umfasst oder draus besteht, erstreckt sich diese zusammenhängende Elektrode dann bevorzugt innerhalb der Zwischenräume zwischen allen Halbleiterchips der ersten und zweiten Gruppe und bedeckt die Passivierungsschichten der Halbleiterchips der ersten und zweiten Gruppe auf Höhe der aktiven Zonen. Insbesondere liegt die Randfelderzeugungsvorrichtung bei allen Halbleiterchips der ersten und zweiten Gruppe auf demselben Potenzial. Die Randfelderzeugungsvorrichtung kann also nur gleichzeitig für alle Halbleiterchips der ersten und zweiten Gruppe betrieben werden.
  • Eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung für die Halbleiterchips der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe ist vorteilhaft, da hierdurch der Produktionsaufwand und der Steuerungsaufwand besonders gering gehalten werden kann. Um dennoch auf die unterschiedlichen Materialien der Halbleiterchips der ersten Gruppe und zweiten Gruppe Rücksicht nehmen zu können und den Stromfluss in den jeweiligen Randzonen individuell an die Materialgegebenheiten der Halbleiterchips anpassen zu können, werden beispielsweise die Passivierungsschichten für die Halbleiterchips der ersten und zweiten Gruppe unterschiedlich dick und/oder mit unterschiedlichen Permittivitäten gewählt. Dadurch sind die elektrischen Felder in den Halbleiterchips der unterschiedlichen Gruppen unterschiedlich groß, obwohl alle Halbleiterchips von derselben zusammenhängenden Elektrode umgeben sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger eine integrierte Schaltung zur einzelnen und unabhängigen Ansteuerung der Halbleiterchips. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um einen IC-Chip. Insbesondere umfasst der Träger Transistoren, wie Dünnfilm-Transistoren. Jedem Halbleiterchip kann zumindest einer der Transistoren eindeutig zugeordnet sein. Die Transistoren dienen zum An- und Ausschalten der Halbleiterchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist bei jedem Halbleiterchip die zugehörige Halbleiterschichtenfolge zwischen der n-Elektrode und der p-Elektrode angeordnet. Die n- und p-Elektroden sind zum Beispiel flächig auf die Halbleiterschichtenfolgen aufgebracht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleiterchips jeweils um Dünnfilm-Chips. Das heißt, ein Aufwachssubstrat ist von der Halbleiterschichtenfolge entfernt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist bei jedem Halbleiterchip entweder die n-Elektrode oder die p-Elektrode dem Träger zugewandt und mit einer Anschlussfläche des Trägers elektrisch leitend verbunden. Die Anschlussflächen des Trägers können wiederum elektrisch leitend mit den zugeordneten Transistoren verbunden sein. Die Anschlussflächen sind beispielsweise Metallisierungen des Trägers.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind jeweils die dem Träger abgewandten Elektroden der Halbleiterchips, also entweder die n-Elektroden oder die p-Elektroden, durch eine transparente, elektrisch leitende Schicht elektrisch leitend miteinander verbunden. Die transparente elektrisch leitende Schicht umfasst beispielsweise ein TCO, wie Indiumzinnoxid, kurz ITO, oder besteht daraus. Bevorzugt ist die transparente, elektrisch leitende Schicht von der oder den Randfelderzeugungsvorrichtungen elektrisch isoliert.
  • Als nächstes wird ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils angegeben. Dabei wird mit der gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung zeitweise oder dauerhaft in den umlaufenden Randbereichen der aktiven Zonen der Halbleiterchips der ersten Gruppe ein elektrisches Feld erzeugt, womit im Betrieb ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen in den Randbereichen gesteuert wird. Umfasst das optoelektronische Bauteil eine zweite Gruppe mit zugeordneten Halbleiterchips und mit zugeordneter Randfelderzeugungsvorrichtung, so wird durch die der zweiten Gruppe zugeordnete Randfelderzeugungsvorrichtung zeitweise oder dauerhaft in den Randbereichen der aktiven Zonen der Halbleiterchips der zweiten Gruppe ein elektrisches Feld erzeugt und dadurch ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen in den Randbereichen gesteuert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens umfasst die Randfelderzeugungsvorrichtung die zusammenhängende Elektrode. An der zusammenhängenden Elektrode wird zeitweise oder dauerhaft eine elektrische Spannung von mindestens 4 V oder 5 V oder 10 V oder 15 V oder 30 V oder 60 V angelegt. Diese Spannungsdifferenz liegt insbesondere zwischen der zusammenhängenden Elektrode der Randfelderzeugungsvorrichtung und den p-Elektroden oder den n-Elektroden der Halbleiterchips an. Bevorzugt wird die zusammenhängende Elektrode auf ein negativeres Potential als die n-Elektroden der Halbleiterchips gebracht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform nehmen die Randbereiche in Draufsicht gesehen zeitweise oder dauerhaft jeweils mindestens 5 % oder 25 % oder 50 % oder 75 % der aktiven Zonen ein. Es ist möglich, dass die Randbereiche zeitweise jeweils die gesamte aktive Zone umfassen, in Draufsicht gesehen.
  • Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils. Alle im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Bauteil offenbarten Merkmale sind daher auch für das Verfahren zur Herstellung offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A), in dem mehrere optoelektronische Halbleiterchips auf einen Träger aufgebracht werden. Die Halbleiterchips sind vor dem Schritt A) bereits vereinzelt, hängen also nicht zusammen. Jeder Halbleiterchip umfasst eine Halbleiterschichtenfolge mit einer n-dotierten Schicht, einer p-dotierten Schicht und einer aktiven Zone zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz zwischen der p-dotierten Schicht und der n-dotierten Schicht. Ferner umfasst jeder Halbleiterchip zumindest eine Seitenfläche, die sich quer zur aktiven Zone erstreckt und die Halbleiterschichtenfolge in einer lateralen Richtung begrenzt. Darüber hinaus umfasst jeder Halbleiterchip eine p-Elektrode und eine n-Elektrode zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Schicht und der n-dotierten Schicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt B) des Verfahrens jeweils eine Passivierungsschicht an der jeweiligen Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge der Halbleiterchips angeordnet. Auf jeden Halbleiterchip kann dabei eine eigene Passivierungsschicht angeordnet werden. Alternativ wird auf allen Halbleiterchips dieselbe, zusammenhängende Passivierungsschicht angeordnet. Der Schritt B) kann vor oder nach dem Schritt A) ausgeführt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), in dem eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung für eine erste Gruppe aus Halbleiterchips ausgebildet wird. Die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung wird bei jedem Halbleiterchip der ersten Gruppe an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Passivierungsschicht auf Höhe der aktiven Zone angeordnet. Der Schritt C) wird bevorzugt nach den Schritten A) und B) ausgeführt. Die Randfelderzeugungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, mindestens zeitweise in Randbereichen der aktiven Zonen ein elektrisches Feld zu erzeugen, sodass im Betrieb der Halbleiterchips der ersten Gruppe ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen in den Randbereichen steuerbar ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ausbilden der Randfelderzeugungsvorrichtung das Auffüllen von Zwischenräumen zwischen den Halbleiterchips mit einem elektrisch leitenden Material. Das elektrisch leitende Material formt sich dabei bevorzugt formschlüssig an den Passivierungsschichten an. Besonders bevorzugt werden die Zwischenräume zumindest bis zur Höhe der aktiven Zonen mit dem elektrisch leitenden Material gefüllt. Das elektrisch leitende Material bildet anschließend eine zusammenhängende Elektrode der Randfelderzeugungsvorrichtung. Es können zunächst alle Zwischenräume zwischen den Halbleiterchips mit dem elektrisch leitenden Material gefüllt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das elektrisch leitende Material nach dem Auffüllen der Zwischenräume von Seitenflächen einiger Halbleiterchips entfernt. Bei diesen Halbleiterchips soll zum Beispiel keine Randfelderzeugungsvorrichtung verwendet werden. Das Entfernen kann durch einen Strukturierungsprozess mithilfe einer Maske erfolgen. Zum Beispiel wird das elektrisch leitende Material durch Ätzen entfernt.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauteils und des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • 1 bis 15, 17 und 18 verschiedene Positionen in Ausführungsbeispielen des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils,
    • 8, 11, 14, 16 und 18 verschiedene Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Bauteils in Querschnittsansichten und Draufsicht.
  • In den 1 bis 8 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. In der ersten Position der 1 ist ein Träger 8 bereitgestellt. Der Träger 8 umfasst eine Mehrzahl von Anschlussflächen 80, die beispielsweise jeweils aus einem Metall gebildet sind und zunächst freiliegen. Bei dem Träger 8 handelt es sich zum Beispiel um einen Siliziumträger mit einer integrierten Schaltung. Jede der Anschlussflächen 80 kann mit einem Transistor der integrierten Schaltung elektrisch leitend verbunden sein.
  • In der Position der 2 werden mehrere, voneinander separierte Halbleiterchips 1 bereitgestellt und auf den Träger 8 aufgebracht. Jeder Halbleiterchip 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer n-dotierten Schicht 20, einer p-dotierten Schicht 21 und einer aktive Zone 22 zwischen der n-dotierten Schicht 20 und der p-dotierten Schicht 22. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist in lateraler Richtung, parallel zu einer Haupterstreckungsebene der aktiven Zone 22, durch Seitenflächen 25 begrenzt. Die Seitenflächen 25 verlaufen jeweils quer zur aktiven Zone 22.
  • Die Seitenflächen 25 sind aus dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge 2 gebildet. Bei dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge 2 handelt es sich beispielsweise um ein Nitrid-basiertes Halbleitermaterial. Zum Beispiel sind die Halbleiterchips 1 alle AlInGaN-Chips.
  • Die Halbleiterchips 1 weisen jeweils eine n-Elektrode 30 und eine p-Elektrode 31 auf, über die die n-dotierte Schicht 20 und die p-dotierte Schicht 21 elektrisch kontaktiert sind. Die Halbleiterschichtenfolgen 2 sind jeweils zwischen den Elektroden 30, 31 angeordnet. Im Betrieb eines Halbleiterchips 1 werden über die Elektroden 30, 31 Ladungsträger zugeführt, die in der aktiven Zone 22 rekombinieren, wodurch elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. In der 2 ist zu erkennen, dass die Halbleiterchips 1 jeweils mit der p-Elektrode 31 voran auf den Träger 8 aufgebracht werden. Ebenso wäre aber auch denkbar, die Halbleiterchips mit den n-Elektroden 30 voran auf den Träger aufzubringen.
  • Ferner ist in der 2 zu sehen, dass die Halbleiterchips 1 jeweils eine Passivierungsschicht 4 aufweisen. Die Passivierungsschichten 4 überdecken die Seitenflächen 25 der Halbleiterchips 1 vorliegend vollständig. Insbesondere sind die Passivierungsschichten 4 direkt auf die Seitenflächen 25 aufgebracht. Bei den Passivierungsschichten 4 handelt es sich beispielsweise jeweils um Schichten aus SiO2 oder SiN.
  • In der Position der 3 ist gezeigt, wie die Halbleiterchips 1 schließlich auf den Träger 8 aufgebracht sind. Insbesondere werden dabei die p-Elektroden 31 jeweils elektrisch leitend mit einer Anschlussfläche 80 verbunden.
  • 4 zeigt eine vierte Position in dem Verfahren. In den Zwischenräumen zwischen den Halbleiterchips 1 ist der Träger 8 nun mit einer dielektrischen Schicht 71 bedeckt, die beispielsweise aus einem Glas (sogenanntes Spin-On Glass) gebildet sein kann. Die dielektrische Schicht 71 soll einen Kurzschluss zwischen den p-Elektroden 31/Anschlussflächen 80 und den im weiteren Verlauf aufgebrachten Materialien verhindern.
  • In der Position der 5 ist in Zwischenräumen zwischen den Halbleiterchips 1 eine Randfelderzeugungsvorrichtung 5 erzeugt. Die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 ist allen Halbleiterchips 1 der 5 zugeordnet. Die in der 5 gezeigten Halbleiterchips 1 bilden eine erste Gruppe 11 aus Halbleiterchips 1.
  • Zur Erzeugung der Randfelderzeugungsvorrichtung 5 wurde ein elektrisch leitendes Material 50 in die Zwischenräume gefüllt. Das elektrisch leitende Material 50 umgibt die Halbleiterchips 1 formschlüssig und ist in direktem mechanischem Kontakt mit den Passivierungsschichten 4 auf Höhe der aktiven Zonen 22. Das elektrisch leitende Material 50 bildet eine zusammenhängende Elektrode 33, die sowohl von den n-Elektroden 30 als auch von den p-Elektroden 31 der Halbleiterchips 1 elektrisch isoliert ist und deshalb separat mit einer Spannung beaufschlagbar ist. Das elektrisch leitende Material 50 ist beispielsweise ein elektrisch leitendes Glas (Spin-on Glass) oder aufgesputtertes Silizium.
  • In der 6 ist eine sechste Position des Verfahrens gezeigt, bei dem eine weitere dielektrische Schicht 72 auf die Halbleiterchips 1 und auf das elektrisch leitende Material 50 aufgebracht ist. Die dielektrische Schicht 72 ist beispielsweise zunächst zusammenhängend gebildet. Die dielektrische Schicht 72 wurde beispielsweise mittels Atomlagenabscheidung (ALD) oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebracht.
  • In der 7 ist eine siebte Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem die dielektrische Schicht 72 im Bereich der n-Elektroden 30 geöffnet wird. Beispielsweise werden Löcher in die dielektrische Schicht 72 eingebracht.
  • 8 zeigt eine Position in dem Verfahren, in der eine transparente, elektrisch leitende Schicht 6 aufgebracht ist. Bei der Schicht 6 handelt es sich beispielsweise um eine ITO-Schicht. Die Schicht 6 ist auf die dielektrische Schicht 72 aufgebracht, ist zusammenhängend ausgebildet, und füllt die Öffnungen in der dielektrischen Schicht 72. Innerhalb der Öffnungen ist die Schicht 6 elektrisch leitend mit den n-Elektroden 30 verbunden.
  • 8 zeigt zugleich ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauteils 100. Im Betrieb der Halbleiterchips 1 wird in den aktiven Zonen 22 elektromagnetische Strahlung erzeugt, die zum Beispiel über die transparente Schicht 6 ausgekoppelt werden kann. Die Halbleiterchips 1 sind über den Träger 8 einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar. Im Betrieb ist die zusammenhängende Elektrode 33 der Randfelderzeugungsvorrichtung 5 auf einem anderen Potenzial als die Elektroden 30, 31 der Halbleiterchips 1. Insbesondere wird die zusammenhängende Elektrode 33 auf ein solches Potenzial gelegt, dass in Randbereichen 52 der aktiven Zonen 22 ein elektrisches Feld erzeugt wird. Dadurch wird ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen 2 sowie eine Ladungsträgerrekombination in dem Randbereichen 52 gesteuert. Beispielsweise werden durch das erzeugte elektrische Feld Ladungsträger innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 2 aus den Randbereichen 52 hinaus gedrängt, so dass dort die Leitfähigkeit der Halbleiterschichtenfolge 2 reduziert ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 8 sind alle Halbleiterchips 1 des Bauteils 100 der ersten Gruppe 11 zugeordnet. Beispielsweise emittieren alle Halbleiterchips 1 im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im selben Wellenlängenbereich. Beispielsweise emittieren alle Halbleiterchips 1 blaues Licht.
  • In den 9 bis 11 sind Positionen in einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. Beispielsweise wurden bei diesem Ausführungsbeispiel bis und inklusive des Schrittes des Aufbringens der weiteren dielektrischen Schicht 72 dieselben Schritte ausgeführt wie im ersten Ausführungsbeispiel. In der 9 werden aber anders als in der 7 keine Öffnungen in die dielektrische Schicht 72 eingebracht sondern die dielektrische Schicht 72 wird vollflächig rückgeätzt, beispielsweise durch trockenchemisches oder nasschemisches Ätzen.
  • Wie in der 10 zu sehen ist, wird die dielektrische Schicht 72 soweit rückgeätzt, bis die n-Elektroden 30 der Halbleiterchips 1 freigelegt sind.
  • 11 zeigt das fertige optoelektronische Bauteil 100 nach dem wieder eine transparente, elektrisch leitende Schicht 6 auf die dielektrische Schicht 72 und die n-Elektroden 30 aufgebracht wurde.
  • In den 12 bis 14 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens anhand von Positionen des Verfahrens gezeigt. In der 12 ist wieder zunächst ein Träger 8 bereitgestellt, der zum Beispiel wie der Träger 8 aus der 1 gewählt ist. Optoelektronische Halbleiterchips 1 werden auf den Träger 8 aufgebracht. Im Unterschied zu den Halbleiterchips 1 aus den Positionen der 2 und 3 weisen die Halbleiterchips 1 hier beim Aufbringen noch keine Passivierungsschicht auf den Seitenflächen 25 der Halbleiterschichtenfolgen 2 auf.
  • In der Position der 13 sind die Halbleiterchips 1 auf dem Träger 8 montiert und elektrisch leitend mit dem Träger 8 verbunden. Nach dem Montieren und elektrisch leitenden Verbinden wurden die Halbleiterchips 1 mit einer Passivierungsschicht 4 überzogen. Diese wurde beispielsweise mittels ALD abgeschieden. Durch ein nachträgliches Aufbringen der Passivierungsschicht 4 kann mit Vorteil die Dicke der Passivierungsschicht 4 nachträgliche eingestellt werden und auf die nötigen elektrischen Felder, die durch die Randfelderzeugungsvorrichtung generiert werden, angepasst werden. Zudem kann der Schritt des Aufbringens der dielektrischen Schicht 71 eingespart werden, denn die Passivierungsschicht 4 wird hier auch im Bereich der Zwischenräume auf den Träger 8 aufgebracht und isoliert die p-Kontakte 31 vor der Randfelderzeugungsvorrichtung 5.
  • 14 zeigt eine Position in dem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens, in der das optoelektronische Bauteil 100 fertiggestellt ist. Nach dem Ausbilden der Passivierungsschicht 4 wurden beispielsweise dieselben Schritte durchgeführt, die auch im ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens durchgeführt wurden.
  • 15 zeigt eine Position in einem vierten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Wie in der Position der 2 des ersten Ausführungsbeispiels werden Halbleiterchips 1, die auf den Seitenflächen 25 der Halbleiterschichtenfolge 2 bereits mit einer Passivierungsschicht 4 bedeckt sind, auf den Träger 8 aufgebracht. Zusätzlich weisen die Halbleiterchips 1 hier auf den der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seiten der Passivierungsschicht 4 jeweils eine weitere Elektrode 33a auf. Die weiteren Elektroden 33a der einzelnen Halbleiterchips 1 werden dann beispielsweise durch Auffüllen des elektrisch leitenden Materials 50 elektrisch miteinander verbunden, sodass wieder eine zusammenhängende Elektrode 33 entsteht.
  • 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauteils 100 in Draufsicht. Das optoelektronische Bauteil 100 umfasst hier eine erste Gruppe 11 und eine zweite Gruppe 12, denen jeweils eine Mehrzahl von Halbleiterchips 1 zugeordnet ist. Die zu unterschiedlichen Gruppen gehörenden Halbleiterchips 1 sind unterschiedlich schraffiert.
  • Die Halbleiterchips 1 der ersten Gruppe 11 sind alternierend mit den Halbleiterchips 1 der zweiten Gruppe 12 angeordnet. Den Halbleiterchips 1 der ersten Gruppe 11 ist eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung 5 in Form einer zusammenhängenden Elektrode 33 zugeordnet, so wie es beispielsweise im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren erläutert wurde. Zu erkennen ist, dass die zusammenhängende Elektrode 33 nur die Seitenflächen 25 der Halbleiterchips 1 der ersten Gruppe 11 überdeckt. Von den Seitenflächen 25 der Halbleiterchips 1 der zweiten Gruppe 12 ist die zusammenhängende Elektrode 33 beabstandet, beispielsweise durch einen gasgefüllten Zwischenraum. Die zusammenhängende Elektrode 33 bildet ein Gitternetz um die Halbleiterchips 1 der ersten Gruppe 11.
  • Bei den Halbleiterchips 1 der ersten Gruppe 11 handelt es sich beispielsweise um blauemittierende Halbleiterchips. Bei den Halbleiterchips 1 der zweiten Gruppe 12 handelt es sich beispielsweise um rot- oder grünemittierende Halbleiterchips.
  • 17 zeigt eine Position in einem fünften Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Dabei ist eine ähnliche Position wie in der 2 gezeigt. Im Unterschied zur 2 sind hier aber verschiedene optoelektronische Halbleiterchips 1 bereitgestellt, die unterschiedlichen Gruppen 11, 12, 13 zugeordnet sind/werden. Die Halbleiterchips 1 aus der ersten Gruppe 11 sind beispielsweise blauemittierende Halbleiterchips, die Halbleiterchips 1 aus der zweiten Gruppe 12 sind beispielsweise rotemittierende Halbleiterchips und die Halbleiterchips 1 aus der dritten Gruppe 13 sind beispielsweise grünemittierende Halbleiterchips.
  • Je nach Gruppe ist die Passivierungsschicht 4 auf den Seitenflächen 25 der Halbleiterchips 1 unterschiedlich dick gewählt. Alternativ oder zusätzlich könnten je nach Gruppe die Passivierungsschichten 4 aus einem Material mit anderen Permittivitäten gebildet sein.
  • In der 18 ist eine Position des Verfahrens gezeigt, nachdem das optoelektronische Bauteil 100 fertiggestellt wurde. Allen Halbleiterchips 1 der drei Gruppen 11, 12, 13 ist hier dieselbe Randfelderzeugungsvorrichtung 5 in Form einer zusammenhängenden Elektrode 33 aus einem elektrisch leitend Material 50 zugeordnet. Die Randfelderzeugungsvorrichtung 5 bedeckt also alle Seitenflächen 25 aller Halbleiterchips 1. Die zusammenhängende Elektrode 33 kann wiederum auf ein von den Elektroden 30, 31 verschiedenes Potenzial gebracht werden.
  • Die in den Randbereichen 25 der Halbleiterchips 1 erzeugten elektrischen Felder zur Steuerung des Stromflusses in den Randbereichen 25 sind für die Halbleiterchips 1 der verschiedenen Gruppen 11, 12, 13 unterschiedlich. Dies ist durch die unterschiedlichen Dicken der Passivierungsschichten 4 bedingt. So können die Stromflüsse in den Randbereichen 24 der Halbleiterchips je nach zugeordneter Gruppe unterschiedlich gesteuert werden, obwohl allen Halbleiterchips 1 dieselbe Randfelderzeugungsvorrichtung 5 zugeordnet ist.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    optoelektronischer Halbleiterchip
    2
    Halbleiterschichtenfolge
    4
    Passivierungsschicht
    5
    Randfelderzeugungsvorrichtung
    6
    transparente, elektrisch leitende Schicht
    8
    Träger
    11
    erste Gruppe
    12
    zweite Gruppe
    13
    dritte Gruppe
    20
    n-leitende Schicht
    21
    p-leitende Schicht
    22
    aktive Zone
    25
    Seitenfläche
    30
    n-Elektrode
    31
    p-Elektrode
    33
    zusammenhängende Elektrode
    33a
    weitere Elektrode
    52
    Randbereich
    71
    dielektrische Schicht
    72
    dielektrische Schicht
    80
    Anschlussfläche
    100
    optoelektronisches Bauteil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2018/192879 A1 [0024]

Claims (16)

  1. Optoelektronisches Bauteil (100) umfassend: - einen Träger (8), - mehrere einzeln und unabhängig ansteuerbare optoelektronische Halbleiterchips (1) auf dem Träger (8), wobei, - jeder Halbleiterchip (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2), mit einer n-dotierten Schicht (20), einer p-dotierten Schicht (21), einer aktiven Zone (22) zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz zwischen der p-dotierten Schicht (21) und der n-dotierten Schicht (20) und einer Seitenfläche (25), die sich quer zur aktiven Zone (22) erstreckt und die Halbleiterschichtenfolge (2) in einer lateralen Richtung begrenzt, sowie eine p-Elektrode (31) und eine n-Elektrode (30) zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Schicht (21) und der n-dotierten Schicht (20) umfasst, - die Halbleiterchips (1) jeweils eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht (4) an der jeweiligen Seitenfläche (25) der Halbleiterschichtenfolge (2) aufweisen, - zumindest einige der Halbleiterchips (1) einer ersten Gruppe (11) zugeordnet sind, - den Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung (5) zugeordnet ist, die bei jedem Halbleiterchip (1) der ersten Gruppe (11) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Passivierungsschicht (4) auf Höhe der aktiven Zone (22) angeordnet ist, - die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, mindestens zeitweise in Randbereichen (52) der aktiven Zonen (22) ein elektrisches Feld zu erzeugen, sodass im Betrieb der Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen (2) in den Randbereichen (52) steuerbar ist.
  2. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 1, wobei - die Halbleiterchips (1) beabstandet zueinander auf dem Träger (8) angeordnet sind, - die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung (5) der Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) eine zusammenhängende Elektrode (33) umfasst, - die zusammenhängende Elektrode (33) bei jedem Halbleiterchip (1) der ersten Gruppe (11) zumindest auf Höhe der aktiven Zonen (22) die Passivierungsschicht (4) bedeckt.
  3. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 2, wobei - Zwischenräume zwischen Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) zumindest teilweise mit einem elektrisch leitenden Material (50) gefüllt sind, - die zusammenhängende Elektrode (33) das elektrisch leitende Material (50) umfasst.
  4. Optoelektronisches Bauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) jeweils zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet sind, - einige der Halbleiterchips (1) einer zweiten Gruppe (12) zugeordnet sind, - die Halbleiterchips (1) der zweiten Gruppe (12) jeweils zur Emission von Strahlung eines vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs eingerichtet sind.
  5. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 4, wobei Halbleiterchips (1) aus der ersten Gruppe (11) alternierend mit Halbleiterchips (1) aus der zweiten Gruppe (12) auf dem Träger (8) angeordnet sind.
  6. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Halbleiterchips (1) der zweiten Gruppe (12) keine Randfelderzeugungsvorrichtung (5) aufweisen.
  7. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei den Halbleiterchips (1) der zweiten Gruppe (11) eine gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung (5) zugeordnet ist, die bei jedem Halbleiterchip (1) der zweiten Gruppe (12) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Passivierungsschicht (4) auf Höhe der aktiven Zone (22) angeordnet ist.
  8. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 7, wobei die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung (5) der Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) elektrisch isoliert ist von der gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung (5) der Halbleiterchips (1) der zweiten Gruppe (12).
  9. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 7, wobei - die Passivierungsschichten (4) der Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) andere Dicken aufweisen als die der Halbleiterchips (1) der zweiten Gruppe (12), - den Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) und den Halbleiterchips (1) der zweiten Gruppe (12) dieselbe gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung (5) zugeordnet ist.
  10. Optoelektronisches Bauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (8) eine integrierte Schaltung zur einzelnen und unabhängigen Ansteuerung der Halbleiterchips (1) umfasst.
  11. Optoelektronisches Bauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - bei jedem Halbleiterchip (1) die zugehörige Halbleiterschichtenfolge (2) zwischen der n-Elektrode (30) und der p-Elektrode (31) angeordnet ist, - bei jedem Halbleiterchip (1) entweder die n-Elektrode (30) oder die p-Elektrode (31) dem Träger (8) zugewandt ist und mit einer Anschlussfläche (80) des Trägers (8) elektrisch leitend verbunden ist.
  12. Optoelektronisches Bauteil (100) nach Anspruch 11, wobei die jeweils dem Träger (8) abgewandten Elektroden (30, 31) der Halbleiterchips (1) durch eine transparente, elektrisch leitende Schicht (6) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  13. Betriebsverfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Bauteils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit der gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung (5) zeitweise oder dauerhaft in den Randbereichen (52) der aktiven Zonen (22) der Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) ein elektrisches Feld erzeugt wird, womit im Betrieb ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen (2) in den Randbereichen (52) gesteuert wird.
  14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils (100) umfassend die Schritte: A) Aufbringen mehrerer optoelektronischer Halbleiterchips (1) auf einen Träger (8), wobei - jeder Halbleiterchip (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2), mit einer n-dotierten Schicht (20), einer p-dotierten Schicht (21), einer aktiven Zone (22) zur Erzeugung von Strahlung mittels Elektrolumineszenz zwischen der p-dotierten Schicht (21) und der n-dotierten Schicht (20) und einer Seitenfläche (25), die sich quer zur aktiven Zone (22) erstreckt und die Halbleiterschichtenfolge (2) in einer lateralen Richtung begrenzt, sowie eine p-Elektrode (31) und eine n-Elektrode (30) zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Schicht (21) und der n-dotierten Schicht (20) umfasst; B) Aufbringen jeweils einer Passivierungsschicht (4) an der jeweiligen Seitenfläche (25) der Halbleiterschichtenfolge (2) der Halbleiterchips (1); C) Ausbilden einer gemeinsamen Randfelderzeugungsvorrichtung (5) für eine erste Gruppe (11) aus Halbleiterchips (1), wobei die gemeinsame Randfelderzeugungsvorrichtung (5) bei jedem Halbleiterchip (1) der ersten Gruppe (11) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Passivierungsschicht (4) auf Höhe der aktiven Zone (22) angeordnet wird, - die Randfelderzeugungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, mindestens zeitweise in Randbereichen (52) der aktiven Zonen (22) ein elektrisches Feld zu erzeugen, sodass im Betrieb der Halbleiterchips (1) der ersten Gruppe (11) ein Stromfluss durch die Halbleiterschichtenfolgen (2) in den Randbereichen (52) steuerbar ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ausbilden der Randfelderzeugungsvorrichtung (5) das Auffüllen von Zwischenräumen zwischen den Halbleiterchips (1) mit einem elektrisch leitenden Material (50) umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das elektrisch leitende Material (50) anschließend von den Seitenflächen (25) einiger Halbleiterchips (1) entfernt wird.
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